Cuasi-estacionarias versus soluciones de Navier-Stokes de la aerodinámica de alas que aletean
Autores: Pohly, Jeremy A.; Salmon, James L.; Bluman, James E.; Nedunchezian, Kabilan; Kang, Chang-kwon
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Cuasi-estacionarias versus soluciones de Navier-Stokes de la aerodinámica de alas que aletean
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Aerodinámica
Alas batientes
Modelos cuasi-estacionarios
Ecuaciones de Navier-Stokes
Dinámica de vuelo
Fuerzas aerodinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Se han desarrollado diversas herramientas para modelar la aerodinámica de las alas que baten. En particular, los modelos cuasi-estáticos, que son considerablemente más rápidos y fáciles de resolver que las ecuaciones de Navier-Stokes, se utilizan a menudo en el estudio de la dinámica de vuelo de los voladores con alas que baten. Sin embargo, la precisión de los modelos cuasi-estáticos no ha sido debidamente documentada. El objetivo de este estudio es evaluar la precisión de un modelo cuasi-estático comparando las fuerzas aerodinámicas resultantes con las soluciones tridimensionales (3D) de Navier-Stokes. Se prescribe el mismo movimiento de ala a escala de mosca de la fruta. Se varían la amplitud, el eje y la duración del movimiento de cabeceo. La comparación de los coeficientes de fuerza aerodinámica sugiere que el modelo cuasi-estático muestra discrepancias significativas bajo movimientos de cabeceo extremos, es decir, el movimiento de cabeceo es grande, rápido y ocurre alrededor del borde de ataque o del borde de salida. Las diferencias son de hasta 1.7 en el coeficiente de sustentación promedio por ciclo. El modelo cuasi-estático funciona bien cuando la cinemática es suave, es decir, el movimiento de cabeceo es pequeño, largo y ocurre cerca del medio de la cuerda con una pequeña diferencia en el coeficiente de sustentación de 0.01. Nuestro análisis sugiere que la principal fuente de error es la inexactitud del término de sustentación rotacional y la incapacidad de modelar la interacción ala-estela en el modelo cuasi-estático.
Descripción
Se han desarrollado diversas herramientas para modelar la aerodinámica de las alas que baten. En particular, los modelos cuasi-estáticos, que son considerablemente más rápidos y fáciles de resolver que las ecuaciones de Navier-Stokes, se utilizan a menudo en el estudio de la dinámica de vuelo de los voladores con alas que baten. Sin embargo, la precisión de los modelos cuasi-estáticos no ha sido debidamente documentada. El objetivo de este estudio es evaluar la precisión de un modelo cuasi-estático comparando las fuerzas aerodinámicas resultantes con las soluciones tridimensionales (3D) de Navier-Stokes. Se prescribe el mismo movimiento de ala a escala de mosca de la fruta. Se varían la amplitud, el eje y la duración del movimiento de cabeceo. La comparación de los coeficientes de fuerza aerodinámica sugiere que el modelo cuasi-estático muestra discrepancias significativas bajo movimientos de cabeceo extremos, es decir, el movimiento de cabeceo es grande, rápido y ocurre alrededor del borde de ataque o del borde de salida. Las diferencias son de hasta 1.7 en el coeficiente de sustentación promedio por ciclo. El modelo cuasi-estático funciona bien cuando la cinemática es suave, es decir, el movimiento de cabeceo es pequeño, largo y ocurre cerca del medio de la cuerda con una pequeña diferencia en el coeficiente de sustentación de 0.01. Nuestro análisis sugiere que la principal fuente de error es la inexactitud del término de sustentación rotacional y la incapacidad de modelar la interacción ala-estela en el modelo cuasi-estático.